【仪表专利】分布式光纤温度传感器及其温度三解调算法

　　内容说明
 

　　本发明涉及温度传感器技术领域，具体讲是一种可以解决传统分布式光纤温度传感器常温测温精度高，而低温和高温测温精度低的问题，从而获得在全温度范围内高测温精度的分布式光纤温度传感器及其温度三解调算法。
 

　　发明背景
 

　　1981年英国南安普顿大学率先提出分布式光纤温度传感器的概念，1983年由Hartog等人研制出具体的实验装置。1985年英国Dakin在实验室进行了分布式光纤温度传感器测温实验，其中光源是氖离子激光器；同年Hartog和Dakin用半导体激光器作为光源，分别独立研制出分布式光纤温度传感器实验装置。此后，分布式光纤温度传感器迅速发展，目前已经广泛应用于电力行业、煤矿领域、隧道、高速公路及地铁等方面，成为工业在线监控的重要手段。
 
 

图为本发明分布式光纤温度传感器的结构示意图
 

　　当前分布式光纤温度传感器在常温温度范围监测时往往具有高测温精度，测温精度高达±1℃，目前少数高精度分布式光纤温度传感器测温精度甚至可达±0 .5℃。但在低温和高温区域，分布式光纤温度传感器测温精度则迅速降低，高温300℃测温精度低至±5℃。稠油热采井下测温、焦炭塔测温等高温区域测温，温度高达350℃，当前分布式光纤温度传感器在高温区域的测温精度远远不能满足工业生产对温度监控的需求，急需开发全温度范围高测温精度分布式光纤温度传感器，以满足工程应用温度监测需求。
 

　　目前分布式光纤温度传感器温度解调算法为单一算法解调模式，只使用一次曲线拟合算法、二次曲线拟合算法、三次曲线拟合算法或者指数曲线拟合算法等解调算法中的一种，低温、常温和高温温度标定不分开，使用单一的解调系数。这种单一算法解调模式由于没有针对常温段拉曼散射比与温度的关系为线性，而低温和高温段拉曼散射比与温度的关系为非线性的特点，从而导致常温段测温精度高，低温和高温段测温精度低。另外，分布式光纤温度传感器传统单一解调算法标定不分段，而低温、常温和高温标定系数是有差异的，标定方法不分段，测温范围越大、标定范围越宽，测温精度就越低。
 

　　本发明要解决的技术问题是，提供一种能够获得在全温度范围内高测温精度的分布式光纤温度传感器。
 

　　本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种在低温(低于0℃)、常温(0～120℃)和高温(高于120℃)三个温度段分别设置三次曲线拟合公式解调、一次曲线拟合公式解调和二次曲线拟合公式解调这三种不同的解调算法以及与算法相对应的三种标定系数，从而解决传统分布式光纤温度传感器常温测温精度高，而低温和高温测温精度低的问题的温度三解调算法。
 

　　为了解决第一个技术问题，本发明提供一种具有以下结构的分布式光纤温度传感器，它包括测温光纤和解调仪，解调仪包括脉冲激光器、集成型光纤波分复用器、斯托克斯散射光光电转换放大模块、反斯托克斯散射光光电转换放大模块、数据采集卡以及计算机，集成型光纤波分复用器的两个输入端口分别与脉冲激光器和测温光纤连接，集成型光纤波分复用器的两个输出端口分别与斯托克斯散射光光电转换放大模块和反斯托克斯散射光光电转换放大模块连接，脉冲激光器、斯托克斯散射光光电转换放大模块、反斯托克斯散射光光电转换放大模块以及计算机均与数据采集卡连接。
 

　　为了解决第二个技术问题，本发明还提供一种利用本发明分布式光纤温度传感器采集到的数据进行的温度三解调算法。
 

　　本发明的优点是：本发明分布式光纤温度传感器依据拉曼比值与温度在不同温度范围曲线特点不同的原理，在低温、常温和高温三个温度段设置不同的温度解调算法，在全温度范围内获得超高的测温精度，彻底解决了常温段测温精度高、低温和高温段测温精度迅速降低的问题。利用分布式光纤温度传感器采集到的数据进行的温度三解调算法是在三个温度段分别设置不同的解调算法，解决在不同温度区间标定系数有差异造成的测温精度低的问题，在为三个解调算法标定的同时，也进行了温度区间的分段标定，从而提高了传感器的测温精度。三解调算法分布式光纤温度传感器在未增加任何设备成本的同时，大幅提高了分布式光纤温度传感器在全温度范围内的测温精度，具有非常重要的实用价值和经济价值。
 

　　本发明所述的温度三解调算法，其中，定标光纤采用聚酰亚胺涂层耐高温光纤，长度为500m，定标光纤一端制作有一个标准FC/APC跳线头，定标光纤绕制直径为15-30cm的光纤圈。常规光纤不能耐高温，无法进行高温范围标定，采用聚酰亚胺光纤作为定标光纤是根据本发明的要求特别采用的。另外，将定标光纤绕制直径为15-30cm的光纤圈是为了方便放置在恒温箱中进行三解调算法标定。